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Fremdangetriebenes Gerät und einheitlich damit verbundener
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Generator Die Erfindung betrifft ein fremdangetriebenes Gerät mit
einem einheitlich damit verbundenen Generator für Fahrzeuge, vorzugsweise eine Generator-Kompressoranordnung
bzw. eine Generator- Pumpenanordnung, bei welchen die Kompressorwelle über eine
Kupplung angetrieben wird.
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Für Fahrzeuge ist es bisher noch allgemein üblich, den Generator vom
Motor aus unabhängig von weiteren Geräten wie z. B. einem Kompressor oder einer
Wasserpumpe und dergl. anzutreiben. Zu diesem Zweck sind insbesondere bei Fahrzeugen
mit Verbrennungskraftmas chinen Abtriebs -wellen des Motors über Keilriemen mit
unterschiedlichen, den einzelnen Geräten zugeordneten Keilriemenscheiben verbunden.
Dies trifft sowohl für den elektrischen Generator als auch für Wasserpumpen oder
die Ölpumpe einer Servolenkung und den Kompressor für Druckluft bzw. eine Klimaanlage
zu.
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Der Generator wird in der Regel über einen Keilriemen angetrieben,
der auf eine im Durchmesser verhältnismäßig kleine Keilriemenscheibe auf der
der
Generatorwelle arbeitet. Die Durchmesser dieser Antriebsscheiben können in der Größenordnung
von etwa 6 1/2 cm liegen. Aufgrund dieser Tatsache dreht sich der Generator mit
verhältnismäßig hoher Drehzahl und erzeugt einen Wechselstrom mit verhältnismäßig
hoher Frequenz.
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Da die Kernverluste im Stator mit zunehmender Frequenz zunehmen, ergibt
sich daraus eine verhältnismäßig hohe Verlustenergie. Ein weiterer Nachteil eines
solchen Aufbaus mit einem verhältnismäßig kleinen Antriebsrad ist in dem Schlupf
zu sehen, der mit abnehmendem Durchmesser des Antriebsrades immer größer wird. Aufgrund
dieser Tatsachen ist es wünschenswert, den Durchmesser des Antriebsrades zu vergrößern
und den Generator mit geringerer Drehzahl zu betreiben, um einen Wechselstrom mit
niederer Frequenz zu erhalten. Bei einer Anordnung eines Generators mit einem Kompressor
für die Klimaanlage ist auf der Kompressorwelle eine elektromagnetische Kupplung
vorgesehen, da der Kompressor nicht kontinuierlich angetrieben werden muß. Daraus
ergibt, sich, daß die Antriebsscheibe sehr häufig auf der Kompressorwelle leerläuft.
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Es ist auch bekannt (US-PS 2 660 865) eine Pumpe und einen elektrischen
Generator auf einer gemeinsamen Welle nebeneinander anzuordnen, wobei allerdings
der mit der Pumpe kombinierte Generator einen verhältnismäßig hohen Platzbedarf
erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Geräteanordnung für
fremdangetriebene Geräte in Verbindung mit einem Generator zu schaffen, bei dem
der Generator als Wechselstromgenerator einen Strom mit verhältnismäßig nieder er
Frequenz liefert und bei welchem die Kernverluste verhältnismäßig niedrig gehalten
werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine auf der
Kompressorwelle gehaltene Verbindungshülse eine Kupplungsplatte trägt, die bei Erregung
einer Ringspule mit der auf der Verbindungshülse frei drehdrehbaren
Antriebsscheibe
in reibschlüssigen Eingriff kommt, daß mit der Antriebsscheibe eine Schwungscheibe
verbunden ist, welche als Rotor Einrichtungen zur Erregung eines magnetischen Feldes
trägt, und daß der aus einem Kernpaket und Statorwicklungen bestehende Stator innerhalb
eines Ringflansches der Schwungscheibe an der Gerätewand konzentrisch zur Kompressorwelle
befestigt ist.
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Für eine Kombination eines Generators mit der Pumpe ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß das Antriebsrad fest mit einer Schwungscheibe verbunden ist, die
auf der Innenseite eines Ringflansches die Rotoranordnung trägt, und daß das Pumpengehäuse
mit dem Stator verbunden ist und diesen in unmittelbarer Nähe zum Pumpengehäuse
koaxial zur Antriebswelle innerhalb des Rotors haltert.
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Durch die Maßnahmen der Erfindung wird erreicht, daß der Generator
über eine verhältnismäßig große Antriebsscheibe angetrieben wird, die in der Größenordnung
von 15 om Durchmesser liegen kann und daher einen Wechselstrom niederer Frequenz
liefert, der auch geringere Kernverluste auslöst. Durch die Verwendung einer solchen
größeren Antriebsscheibe wird die Reibhaftung des Keilriemens auf der Scheibe wesentlich
verbessert, so daß ein Schlupf weitgehendst zu vermeiden ist. Der kompakte in radialer
Richtung vorgesehene sehr flache Aufbau des Generators ermöglicht, daß der Generator
sehr dicht am Kompressorgehäuse bzw. am Pumpengehäuse montiert werden kann und daher
der Raumbedarf wesentlich verringert wird. Durch die Vermeidung des Schlupfes wird
ferner eine Geräuschverminderung erzielt, die sich insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten
oder starker Beschleunigung auswirkt, da in diesen Betriebszuständen die Gefahr
des Schlupfes besonders groß ist. Durch die unmittelbare Montage der Ankerwicklung
am Gehäuse des zugeordneten Gerätes wird die kompakte Bauweise besonders begünstigt.
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Die Vorteile
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung
ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische
Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine auseinandergezogene
Darstellung der elektrischen Maschine gemäß Fig. 1; Fig. 3 eine teilweise geschnittene
Seitenansicht der elektrischen Maschine gemäß Fig. 1; Fig. 4 ein Schaltbild der
elektrischen Maschine gemäß der Erfindung; Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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In Fig. 1 ist ein Kompressor 19 eines Fahrzeuges dargestellt, welcher
von der Abtriebsscheibe 11 des Motors aus über einen Keilriemen 13 und eine Keilriemenscheibe
15 angetrieben wird. Diese Keilriemenscheibe 15 treibt auch gemäß der Erfindung
die elektrische Maschine, und zwar im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Synchrongenerator,
wenn immer der Motor läuft. Der Antrieb des Kompressors 19 erfolgt über eine Kupplung
17, so daß der Kompressor zeitweise außer Betrieb gesetzt werden kann. Die in Dreieckschaltung
geschalteten Phasenwicklungen des Synchrongenerators sind an Leitungen 20, 22 und
24 angeschlossen. Ferner ist eine Steuerleitung 26 vorgesehen, welche von einem
Thermostat oder einem Kontrollschalter 32 aus zum Elektromagneten in der Kupplung
führt und bei geschlossenem Stronikreis sowie erregtem Elektro-
Elektromagneten
den Kompressor an den Motor ankuppelt. Das zweite Leiterende der Spule des Elektromagneten
ist in üblicher Weise an Masse angeschlossen. Die in Fig. 1 dargestellte zusammengefaßte
Generator-Kompressor einheit übernimmt die Kompres sorfunktion für die Klimaanlage
des Fahrzeugs und die Generatorfunktion für die Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer
Energie. Der konstruktive Aufbau dieser Einheit wird anhand der Fig. 2 und 3 im
Detail beschrieben.
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Der Kompressor 19 hat ein Gehäuse 21, aus welchem die Kompressorwelle
23 herausragt und über welche der Kompressor in herkömmlicher Weise betätigt wird.
Das Gehäuse 21 ist ferner fest mit dem ringförmigen Stator 25 des Generators verbunden,
der aus einem laminierten Kernpaket 27 besteht, das mit Nuten für die Aufnahme der
Ankerwicklungen 29 versehen ist. Mit dem Gehäuse 21 ist ferner eine Ringspule 31
fest verbunden, welche im Erregungszustand ein Magnetfeld zur Betätigung der Kupplung
17 liefert. Die Kompressorwelle 23 dreht sich um eine imaginäre Achse 33, welche
durch die Ringspule 31 und den ringförmigen Stator 25 verläuft, die konzentrisch
bezüglich dieser Drehachse am Gehäuse 21 befestigt sind.
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Die Kompressorwelle 23 ist ferner mit einer Verbindungshülse 39 zum
Beispiel über einen Keil 35 und eine Keilnut 37 und/oder auch über ein Gewinde verbunden.
Zu diesem Zweck kann die Kompressorwelle am vorderen Ende ein Gewinde 43 tragen,
auf welches eine Mutter 41 aufschraubbar ist. Mit der Verbindungshülse 39 ist ferner
eine Kupplungshalterungsplatte 45 in einem gegebenen Abstand festverbunden, wobei
zur Herstellung dieser Verbindung Federelemente 49 Verwendung finden können, welche
mit Hilfe von Bolzen oder Nieten 47 an der Kupplungshalterungsplatte 45 befestigt
sind. In der Darstellung sind drei derartige Federelemente 49 gezeigt, die mit dem
den Nieten bzw.
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bzw. Bolzen 45 gegenüberliegenden freien Ende an der Kupplungsplatte
41 befestigt sind. Wenn sich die Kompressorwelle 23 nicht dreht, verbleiben auch
die Verbindungshülse 39, die Kupplungshalterungsplatte 45 sowie die Federelemente
49 und die Kupplungsplatte 51 im Ruhezustand.
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Die Kupplungsplatte 51 kann sich jedoch aufgrund der Flexibilität
der Federelemente 49 axial verschieben, wenn die Ringspule 31 erregt wird.
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Durch diese Erregung der Ringspule 31 wird die Kupplungsplatte 51
in axialer Richtung gegen die Stirnfläche 53 der Keilriemenscheibe 15 verschoben
und bewirkt eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Kompressorwelle 23 über
einen drehbaren Teil 55 mit der Stirnfläche 53 der Keilriemenscheibe 15. Wenn die
Erregung der Ringspule 31 abfällt, z. B.
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indem der Kontrollschalter 32 geöffnet wird oder ein nicht dargestellter
Thermostatschalter den Stromkreis unterbricht, dann verschiebt sich die Kupplungsplatte
51 unter dem Einfluß der Federelemente 49 axial von der Keilriemenscheibe weg und
kommt zum Stillstand, da die reibschlüssige Verbindung zur Stirnfläche 53 der Keilriemenscheibe
entfällt.
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In dieser Ruhelage wird der Kompressor 19 nicht angetrieben, jedoch
bleibt der mit Hilfe eines Lagers 57 auf der Kompressorwelle 33 gelagerte Teil 55
im Umlauf.
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Dieser drehbare Teil 55 umfaßt nicht nur die Keilriemenscheibe 15,
sondern auch die Haltefeder 59 des Lagers und einen Teil des Rotors 63, der aus
einer Schwungscheibe 65 und einer Reihe von Permanentmagneten 67 besteht, die im
Innern der Schwungscheibe über den Umfang verteilt angeordnet sind und einen vielpoligen
Rotor bilden. Die Schwungscheibe 65 zusammen mit den Permanentmagneten 67 ist ebenfalls
konzentrisch zur Achse 33 ausgerichtet. Diese Schwungscheibe 65 kann eine Vielzahl
von Kühlschlitzen 69 aufweisen, die für die Kühlung des Stators sorgen. Auf der
Schwungscheibe 65 kann ein Schaufelrad montiert sein, welches eine zwangsweise Luftströmung
durch dieKühlschlitze bewirkt, wenn der Ventilator der Hauptantriebsmaschine bezüglich
der Anbringung des Generators eine ungünstige Stellung einnimmt.
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Die
Die Kühlschlitze sind mit Stegen oder Lamellen
versehen, welche durch geeignetes Verbiegen ebenfalls einen Schaufelcharakter bekommen
und für eine Luftströmung durch den Generator sorgen.
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Wenn die Ringspule 31 nicht erregt ist, bleibt auch die Kupplung 17
im ausgerasteten Zustand und der Kompressor 19 wird nicht angetrieben,obwohl sich
die Keilriemenscheibe 15 über den Keilriemen 13 bei laufendem Motor dreht. Mit der
Keilriemenscheibe 15 dreht sich dabei auch die Haltefeder 59, die Schwungscheibe
65 mit den Permanentmagneten 67 um den Stator 25, so daß in den Statorwicklungen
eine Spannung induziert wird. Sobald die Ringspule 31 erregt wird, legt sich die
Kupplungsplatte 51 an die Stirnfläche 53 der Keilriemenscheibe 15 an, so daß über
die Kupplung 17 die Kompressorwelle 23 angetrieben wird.
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Durch das geeignete Ineinanderfügen der Elemente des Generators und
des Kompressors ist nur ein geringer axialer Raumbedarf erforderlich, wie dies aus
Fig. 3 hervorgeht. Die Elemente des Generators wie die Permanentmagnete 67 und der
ringförmige Stator 25 mit dem laminierten Kernpaket 27 und denAnkerwicklungen 29
sind derart in die Konstruktion der Kupplung des Kompressors eingepaßt, daß sie
über die Ringspule 31 und das Lager 57 sowie die Verbindungshülse 39 übergreifen.
Die Raumersparnis hierfür ist ganz erheblich und außerdem läßt sich auch der Generator
verhältnismäßig gewichtsarm aufbauen, so daß sich eine sehr günstige Kombination
von Generator und Kompressor ergibt. In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, daß
anstelle der Permanentmagnete 67 im Rotor auch Elektromagnete verwendet werden können,
die von auf der Verbindungshülse 39 angeordneten Schleifringen aus erregbar sind.
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Obwohl eine Vielzahl von Wicklungsanordnungen für den Stator möglich
sind, wird typischerweise eine Dreiphasenwicklung in Stern- oder Dreieckschaltung
verwendet. Diese Wicklung ist über Dioden mit der Batterie des
des
Fahrzeugs verbunden, wobei die drei Anschlußklemmen der drei Phasenwicklungen über
jeweils eine Diode mit der einen Seite der Batterie und über drei weitere Dioden
mit der anderen Seite der Batterie verbunden sind.
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Ein derartiger Schaltungsaufbau ist für den Generator gemäß der Erfindung
geeignet. In Fig. 4 ist jedoch ein anderer Schaltungsaufbau gezeigt, der für spezielle
Fahrzeuge zu bevorzugen ist.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 4 sind die drei Ankerwicklungen 29 in
einer Dreieckschaltung betrieben, wobei die jeweiligen Anschlußpunkte der Dreieckschaltung,
z. B. die Anschlußklemme 71, über Dioden, z. B. Diode73, mit der positiven Klemme
der Batterie 75 verbunden sind. Mit Hilfe einer Spannungsregelschaltung 77 wird
die an der Batterie anliegende Spannung abgetastet und ein Steuersignal an die Gatter
vonThyristoren 79 gegeben, um ein Überl aden der Batterie zu verhindern und den
Strom entsprechend der gewünschten Steuercharakteristik nach Masse abzuführen.
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In Fig. 5 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt,
bei der auf einer Welle 82 ein Ventilator 80 befestigt ist. und über diese Welle
mit einer Pumpe, z. B. einer Wasserpumpe in Verbindung steht. Das das Schaufelrad
87 der pumpe aufnehmende Pumpengehäuse 84 ist mit dem Statorkernpaket 86 verbunden,
das seinerseits die Statorwicklungen 88 trägt. Ferner ist auf der Welle 82 eine
Keilriemenscheibe 90 angeordnet, die von dem Antriebsmotor aus über einen Keilriemen
angetrieben wird und mit einer Schwungscheibe 92 in Verbindung steht, sodaß sich
diese mit der Keilriemenscheibe dreht. Diese Schwungscheibe 92 ist längs ihrem inneren
Umfang mit Permanentmagneten 94 versehen die im Zusammenwirken mit der Statorwicklung
88 den Generator bilden und in der Statorwicklung den gewünschten Strom induzieren.
Der Aufbau des Generators bezüglich des Stators und des Rotors kann im wesentlichen
dem bereits beschriebenen
schriebenen Aufbau entsprechen und wird
durch den Ventilator gekühlt, der umnittelbar vor der mitKühlschlitzen versehenen
Schwungscheibe 92 umläuft.
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Die erfindungsgemäße Kombination des Generators mit einem Kompressor,
der Klimaanlage oder einer Wasserpumpe kann in entsprechender Weise auch mit anderen
angetriebenen Drehteilen im Motor kombiniert werden, wobei es auch möglich ist,
den Generator auf einer Halterung zu montieren, die an nicht drehenden Teilen der
Antriebsmaschine befestigt ist.
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